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HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit, die erkennt, ob eine Flüssigkeit in einen Sensor eindringt.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Bis jetzt ist eine Technik zum Verhindern des Eindringens einer Flüssigkeit in eine Vorrichtung oder dergleichen offenbart worden. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift der
Japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2014-172273 (offengelegt am 22. September 2014) eine elektronische Vorrichtung, die über eine verbesserte Wasserbeständigkeit verfügt, und ein Herstellungsverfahren dafür.
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Insbesondere weist ein Näherungssensor, der eine elektronische Vorrichtung darstellt, eine Ringschnur auf. Die Ringschnur enthält ein Kabel, das einen Kerndraht und ein Umhüllungsmaterial aufweist und bei dem der Kerndraht sich von einem Endabschnitt des Umhüllungsmaterials in Richtung eines elektronischen Bauelements in einer Längsrichtung erstreckt, sowie ein Ringelement, das durch Spritzgießen ausgebildet ist, um den Endabschnitt des Umhüllungsmaterials abzudecken. Der Endabschnitt des Umhüllungsmaterials und das Ringelement sind miteinander verschweißt.
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Somit ist möglich, die Ausbildung eines Feuchtigkeitseindringpfades an einer Verbindungsfläche zwischen dem Endabschnitt des Umhüllungsmaterials und dem Ringelement zu verhindern.
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Des Weiteren wird eine Technik offenbart, um zu erfassen, ob eine Flüssigkeit in eine Vorrichtung oder dergleichen eindringt, um einen Ausfall der Vorrichtung vorherzusagen. Beispielsweise offenbart die Offenlegungsschrift der
Japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 64-43935 (offengelegt am 16. Februar 1989) einen Schalter mit einem Erfassungsschalter zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit, der durch die Flüssigkeit elektrisch kurzgeschlossen und eingeschaltet wird, wenn eine Flüssigkeit in das Schaltergehäuse eindringt, sowie mit einer Ausfallvorhersage - Erfassungsschaltung, die ein Fehler - Vorhersagesignal zu einem Zeitpunkt ausgibt, zu dem der Erfassungskontakt des Erfassungsschalters zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit angeschaltet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Des Weiteren tritt in einem Sensor, der eine einzelne physikalische Größe misst und als Näherungssensor realisiert ist, der Fall auf, dass aufgrund des Eindringens einer Flüssigkeit in den Sensor ein Fehler bzw. Ausfall auftritt.
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Selbst wenn beispielweise ein Aufbau, wie dieser in
JP 64-43935 offenbart wird, auf einen Sensor angewandt wird, kann das folgende Problem auftreten.
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Bei einem Aufbau, bei dem ein Schalter zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit innerhalb des gleichen Gehäuses wie ein Sensor angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, dass der Sensor zu einem Zeitpunkt ausfallen kann, zu dem das Eindringen einer Flüssigkeit festgestellt wird, wenn die Flüssigkeit in das Gehäuse eindringt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit bereitzustellen, die eine ausreichend lange Zeit für einen Anwender gewährleisten kann, um Maßnahmen gegen einen Ausfall eines Sensors zu ergreifen, bevor eine Flüssigkeit tatsächlich in den Sensor eindringt und der Sensor ausfällt.
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit bereitgestellt, die umfasst: eine Mehrzahl von Metalldrähten, die in einem Kabel angeordnet sind, um einen Ausgangswert eines Sensors auszugeben, der eine einzelne physikalische Größe misst; eine Widerstandswert-Erfassungseinheit, die einen Widerstandswert zwischen den Metalldrähten erfasst; und eine Übertragungseinheit, die ein Widerstandswert - Detektionsergebnis in Antwort auf das Widerstandswert - Detektionsergebnis an eine externe Vorrichtung überträgt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist es möglich, anhand des Widerstandswerts zwischen den Metalldrähten einen Anwender über das Eindringen einer Flüssigkeit in das Kabel zu benachrichtigen. So, kann der Anwender erkennen, ob die Flüssigkeit in das Kabel eindringt.
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Was das Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor anbelangt, so dringt in vielen Fällen die Flüssigkeit in das Kabel und in den Sensor ein. Aus diesem Grund kann der Anwender das Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor und einen zukünftigen Ausfall des Sensors im Voraus erkennen, indem geprüft wird, ob die Flüssigkeit in das Kabel eindringt.
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Im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem Elektroden auf einer Elektronikplatine in einem Sensor ausgebildet sind und ein Widerstandswert zwischen den Elektroden detektiert wird, kann mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau beispielsweise gewährleistet werden, dass eine ausreichende Zeit für einen Anwender zur Verfügung steht, um Maßnahmen gegen den Ausfall des Sensors zu ergreifen, bevor die Flüssigkeit dringt in den Sensor und der Sensor ausfällt. Aus diesem Grund kann der Anwender denjenigen Sensor als Zielsensor für einen Austausch erkennen, für den erkannt wird, dass die Flüssigkeit in das Kabel eindringt. Dann kann der Anwender einen Wartungsplan für den Austausch des Sensors erstellen und eine Fertigungslinie zu Wartungszwecken stoppen, die den Sensor aufweist. Somit kann der Anwender ein plötzliches Stoppen der Fertigungslinie aufgrund des Ausfalls des Sensors vermeiden, der durch das Eindringen von Flüssigkeit verursacht wird.
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In der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Widerstandswert - Erfassungseinheit mit der Mehrzahl von Metalldrähten an einem Ende des Kabels verbunden, das einem Ende des Kabels gegenüberliegt, das mit dem Sensor verbunden ist.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind der Metalldraht und die Widerstandswert - Erfassungseinheit an demjenigen Ende des Kabels miteinander verbunden, das dem Ende des Kabels gegenüberliegt, das mit dem Sensor verbunden ist. Aus diesem Grund, kann im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem die Widerstandswert - Erfassungseinheit innerhalb des Sensors angeordnet ist, ein Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor entlang den Metalldrähten verhindern werden.
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Bei der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das Kabel eine Außenhülle, die das Kabel bedeckt bzw. umhüllt, und eine Innenhülle bzw. einen Innenmantel auf, die bzw. der ein Ausgabekabel bedeckt bzw. umhüllt, das einen Ausgangswert von dem im Inneren des Kabels angeordneten Sensor ausgibt, und die Metalldrähte sind zwischen der Außenhülle und der Innenhülle angeordnet.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau es ist möglich, das Eindringen der Flüssigkeit in die Außenhülle zu detektieren.
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Bei der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst das Kabel ein Absorptionselement, das eine Flüssigkeit auf dem Umfang des Metalldrahtes absorbiert bzw. aufnimmt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann dann, wenn die Flüssigkeit in das Kabel eindringt, das Absorptionselement die eindringende Flüssigkeit absorbieren. Aus diesem Grund verändert sich der Widerstandswert zwischen den Metalldrähten in Antwort auf das Ausmaß (die Menge) von Flüssigkeit, die in dem Absorptionselement absorbiert wird. Das heißt, wenn das Absorptionselement zwischen den Metalldrähten angeordnet ist, kann die Flüssigkeit, die in das Kabel eindringt, zwischen den Metalldrähten geführt werden.
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Bei der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Widerstandswert - Erfassungsschaltung, die einen Widerstandswert zwischen den Metalldrähten erfasst, eine Wheatstone-Brücke, die einer Signalverstärkerschaltung entspricht bzw. zugeordnet ist.
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Weil die Wheatstone-Brücke verwendet wird, ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau eine Verstärkungssignal-Ausgangsspannung einer Flüssigkeitsdetektionseinheit proportional zu einem Widerstandswert (einem Isolationswiderstandswert) in Antwort auf eine Maßgröße für das Eindringen der Flüssigkeit und diese ändert sich wie ein analoges Signal. Aus diesem Grund kann die Übertragungseinheit zuverlässig ein Widerstandswert-Detektionsergebnis an die externe Einrichtung in Antwort auf ein genaues Detektionsergebnis übertragen.
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Bei der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Sensor ein Näherungssensor.
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Eine Umgebung, in der der Näherungssensor vorgesehen ist, kann eine Umgebung sein, in der die Flüssigkeit umher spritzt. In einer solchen Umgebung ist die Wahrscheinlichkeit für das Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor erhöht.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau es ist möglich, die Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit als Näherungssensor zu realisieren, für den eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass Flüssigkeit in den Sensor eindringt.
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Bei der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung überträgt die Übertragungseinheit das Widerstandswert - Detektionsergebnis an die externe Vorrichtung mit Hilfe eines Datenübertragungsverfahrens, bei dem das Volumen der übertragenen Daten größer als das von Binärdaten ist.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau können im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem nur binäre Daten, wie beispielswiese Ein / Aus - Informationen, übertragen werden, numerische Daten und dergleichen übertragen werden.
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Des Weiteren ist beispielsweise das Datenübertragungsverfahren, bei dem das Volumen der übertragenen Daten größer ist als das von binären Daten, ein IO-Link-Datenübertragungsverfahren. Bei Verwendung des IO-Link-Datenübertragungsverfahrens kann die Kompatibilität mit eine externe Vorrichtung, die IO-Link-Datenübertragungsverfahren verwendet, verbessert werden.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfmdung, gibt es den Effekt, dass der Anwender überprüfen kann, ob eine Flüssigkeit in das Kabel des Sensors eindringt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm, das den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2A ein Diagramm, das den grundsätzlichen Aufbau eines Sensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Verbindungsbereichs R eines Kabels mit einem Sensor, der in der 2A gezeigt ist.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Eindringen - Erfassungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Querschnitt eines Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Ablauf eines Prozesses der Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen einem Ausgangsspannungswert einer Eindringen - Erfassungsschaltung und einem Isolationswiderstandswert zwischen Detektionsdrähten 11 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben.
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(Grundsätzlicher Aufbau des Sensorsystems 100)
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Das Sensorsystem 100 gemäß der Ausführungsform weist eine Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit auf, die feststellt, ob eine Flüssigkeit in ein Kabel 2 eindringt, das mit einem Sensor 1 verbunden ist, der eine einzelne physikalische Größe misst, und die ein Detektionsergebnis an eine externe Vorrichtung 9 in Antwort auf das Detektionsergebnis überträgt. So, kann ein Anwender im Voraus erkennen, ob der Sensor 1 ausfällt, indem das Eindringen der Flüssigkeit in das Kabel 2 erfasst wird. Weiterhin wird für diese Ausführungsform hauptsächlich ein Beispiel beschrieben, bei dem die in den Sensor 1 eindringendende Flüssigkeit Wasser ist; aber ein Öl, ein Kühlmittel, und dergleichen, die in einer Anwendungsumgebung des Sensors 1 verwendet werden, können als Beispiele für andere Flüssigkeiten herangezogen werden.
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2A ist ein Diagramm, das den grundsätzlichen Aufbau des Sensorsystems 100 zeigt. Wie in der 2A gezeigt, umfasst das Sensorsystem 100 den Sensor 1, das Kabel 2 und einen Übertragungs-Verbindungsstecker 6.
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Der Sensor 1 umfasst ein Detektionselement 3, eine Detektionseinheit 4, eine CPU 13 und eine Übertragungseinheit 14. Der Sensor 1 ist beispielsweise ein Näherungssensor.
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Eine Umgebung, die mit dem Näherungssensor ausgestattet ist, kann eine Umgebung sein, in der eine Flüssigkeit verteilt wird bzw. umher spritzt. Somit ist die Wahrscheinlichkeit für ein Eindringen von Flüssigkeit in den Sensor erhöht. Gemäß dem zuvor beschriebenen Aufbau ist es möglich, eine Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit für einen Näherungssensor zu realisieren, für den die Wahrscheinlichkeit des Eindringens einer Flüssigkeit in den Sensor hoch ist.
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Das Detektionselement 3 ist beispielsweise eine Detektionsspule. Wenn ein metallischer Körper, der einem Erfassungsziel entspricht, in einem detektierbaren Bereich des Näherungssensors vorhanden ist, wird eine Versorgung des Detektionselements (der Detektionsspule) mit einem Erregerstrom unterbrochen. Dann ändert sich ein Magnetfeld um den metallischen Körper herum (ein Magnetfeld, das von der Detektionsspule erzeugt wird). Folglich ändert sich ein Wirbel- bzw. Ringstrom in dem metallischen Körper. Weil ein Magnetfluss, der durch den Wirbel- bzw. Ringstrom erzeugt wird, durch die Detektionsspule fließt, wird in der Detektionsspule eine induzierte Spannung erzeugt. Wenn eine vorbestimmte Zeit ab einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Zufuhr des Erregerstroms zu der Detektionsspule durch die induzierte Spannung unterbrochen wird, wird die induzierte Spannung in erster Linie als eine Spannung über beiden Enden der Detektionsspule verwendet. Somit ist es möglich, das Vorhandensein oder eine Position des Erfassungsziels zu erkennen, indem eine Spannung über die Enden der Detektionsspule mit einem Schwellenwert verglichen wird.
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Die Detektionseinheit 4 wandelt die Spannung an beiden Enden der Detektionsspule in ein Spannungs - Erfassungssignal und überträgt das Signal an die CPU 13.
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Weiterhin ist der Sensor 1 nicht speziell auf den Näherungssensor beschränkt und kann zum Beispiel ein photoelektrischer Sensor oder dergleichen sein. Das Detektionselement 3 erfasst eine physikalische Größe des Erfassungsziels und überträgt einen Erfassungswert an die Detektionseinheit 4. Die Detektionseinheit 4 wandelt den Erfassungswert des Erfassungsziels in ein elektrisches Signal und überträgt das elektrische Signal an die CPU 13.
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Die CPU 13 gibt über die Übertragungseinheit 14 und das Kabel 5 ein Bestimmungsergebnis für ein Detektionssignal der Detektionseinheit 4 und einem Ausgabewert des Sensors 1 an die externe Vorrichtung 9 über die Übertragungseinheit 14 und das Kabel 5 aus. Ferner gibt die CPU 13 ein Detektionsergebnis für einen Widerstandswert oder dergleichen an die externe Vorrichtung 9 in Antwort auf ein Signal aus, das einen Widerstandswert anzeigt, der von einer Eindringen - Erfassungsschaltung (einer Widerstandswert - Erfassungseinheit) 12 erhalten wird. Wenn beispielsweise der Sensor 1 eine Anzeigeeinrichtung umfasst, kann die CPU 13 ein Detektionsergebnis des Erfassungssignals der Detektionseinheit 4, einen Sensorausgangswert und ein Detektionsergebnis (ein Bestimmungsergebnis) in Antwort auf ein Signal, das von der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 empfangen wird, auf der Anzeigeeinrichtung anzeigen.
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Die Übertragungseinheit 14 tauscht mit der externen Vorrichtung 9 entsprechend einer Anweisung der CPU 13 Daten aus.
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Mit anderen Worten kann man sagen, dass eine Verarbeitungseinheit, die das Detektionsergebnis des Sensors 1 verarbeitet und das Detektionsergebnis über eine Datenübertragungs- und Verarbeitungseinheit überträgt, die das Signal, das von der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 empfangen wird, verarbeitet und das Signal durch Datenübermittlung überträgt, auf der gleichen Leiterplatte (die CPU 13) ausgebildet sein kann.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Verarbeitungseinheit, die das Detektionsergebnis des Widerstandswertes verarbeitet und das Detektionsergebnis durch Datenübertragung überträgt, auf der gleiche Platine wie die Verarbeitungseinheit ausgebildet sein, die das Detektionsergebnis des Sensors verarbeitet und das Detektionsergebnis durch Datenübertragung überträgt.
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Des Weiteren kann der Sensor 1 eine Schutzschaltung, die die CPU 13 durch Eliminieren eines Signalrauschen und Verhindern einer Rückwärtsverbindung elektrisch schützt, und ein Gehäuse umfassen, das eine äußerste Schale des Sensors 1 ausbildet und das Innere des Sensors 1 schützt.
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Der Übertragungs-Verbindungsstecker 6 ist mit der externen Vorrichtung 9, einer Stromquelle, einer Signalleitung, einer Masse (Erdung) und dergleichen verbunden. Der Übertragungs-Verbindungsstecker 6 beinhaltet die Eindringen - Erfassungsschaltung 12.
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3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 zeigt. Die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 detektiert einen Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten (Metalldrähten) 11, die in dem Kabel 2 angeordnet sind, das nachfolgend beschrieben wird. Die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 wandelt eine Veränderung des Widerstandswerts zwischen den Detektionsdrähten 11 in ein elektrisches Signal um und gibt das elektrische Signal an die CPU 13 über ein Kabel 15 aus. Wie in der 3 dargestellt, kann beispielsweise die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 einen Erfassungsdraht 11 an einem Ende einer Wheatstone-Brücke einer Signalverstärkungsschaltung ausbilden. Des Weiteren kann die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 den Widerstandswert als verstärktes Signal und als Ausgangsspannung (einen Spannungswert, der in den Widerstandswert gewandelt wurde) an die CPU 13 ausgeben. Die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 verstärkt den Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 mehrere hundert bis mehrere tausend Male. Des Weiteren ändert die Wheatstone-Brücke eine Verstärkungssignal-Ausgangsspannung, die proportional zu dem Widerstandswert ist (ein Maß für das Eindringen der Flüssigkeit), zu einem Zeitpunkt in ein analoges Signal, zu dem der Widerstandswert erfasst wird. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die CPU 13 unabhängig von einem Einfluss einer Temperatur, einem elektromagnetischen Rauschen oder dergleichen bestimmen, ob eine Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt. Des Weiteren kann der Übertragungs-Verbindungsstecker 6 eine Berechnungsschaltung, die sich von der CPU 13 unterscheidet, und eine Übertragungseinheit umfassen, die verschieden ist zu der Übertragungseinheit 14. In dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Berechnungsschaltung an die externe Vorrichtung 9 über die Übertragungseinheit ein Detektionsergebnis ausgeben, das auf der Verstärkungssignal-Ausgangsspannung basiert, das von der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 empfangen wird.
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Beispielsweise kann in dem Aufbau das folgende Problem auftreten, nämlich dass ein Erfassungsschalter zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit durch eine eindringende Flüssigkeit elektrisch kurzgeschlossen wird und ein Fehlervorhersagesignal ausgegeben wird. Wenn die Querschnittsfläche des Kurzschluß - Schaltungspfades klein ist und der Kurzschluss - Widerstand des Pfades ein bestimmter Wert (mehrere MΩ) ist oder größer ist, ist es unmöglich, einen ausreichenden Strom zum Betreiben des Erfassungsschalters zum Erfassen des Eindringens von Flüssigkeit zu erhalten, um diesen einzuschalten. Aus diesem Grund kann das Ausfall-Vorhersagesignal nicht ausgegeben werden.
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Was einen Aufbau mit der Wheatstone-Brücke anbelangt, so ist die Verstärkung der Signalausgangsspannung der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 proportional zu dem Widerstandswert (einem Isolationswiderstandswert) in Antwort auf eine Größe für das Eindringen der Flüssigkeit, und diese ändert sich wie ein analoges Signal. Aus diesem Grunde kann selbst für einen hohen Widerstand von beispielsweise mehreren MΩ zu Beginn des Eindringens von Flüssigkeit der Einfluss von Rauschen unterdrückt werden und eine genaue Erkennung des Eindringens von Flüssigkeit durchgeführt werden. Somit kann die CPU 13 zuverlässig bestimmen, ob eine Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt. Aus diesem Grund kann die CPU 13 ein Detektionsergebnis des Widerstandswerts an die externe Vorrichtung 9 in Antwort auf das genaue Detektionsergebnis übertragen.
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Zusätzlich kann die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 die Änderung in dem Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 12 in ein elektrisches Signal umwandeln. Des Weiteren ist die Signalverstärkungsschaltung nicht speziell auf die Wheatstone-Brücke beschränkt.
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Des Weiteren, beispielsweise kann beispielsweise ein Bestimmungsergebnis in Antwort auf ein Signal von der CPU 13 (der Berechnungsschaltung) an die externe Vorrichtung 9 entsprechend einem Datenübertragungsverfahren übertragen werden, bei dem das Volumen der übertragenen Daten größer als das von binären Daten ist. Ein Beispiel für das Datenübertragungsverfahrens kann ein IO-Link-Datenübertragungsverfahren genannt werden.
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IO-Link ist in IEC61131-9 unter dem Namen „Single-drop Digital Communication Interface for Small Sensors and Actuators“ (SDCI) standardisiert und ist eine Standardtechnik für die Kommunikation zwischen einem Master, der einer Steuereinrichtung entspricht, und einem Gerät, das einem Sensor und einem Stellglied entspricht.
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Im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem der nur binäre Daten, wie beispielsweise Ein / Aus - Informationen, übertragen werden, können gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau numerische Daten und dergleichen übertragen werden.
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Durch die Verwendung des IO-Link-Kommunikationsverfahrens kann eine Kompatibilität mit externen Geräten unter Verwendung des IO-Link-Kommunikationsverfahrens verbessert werden.
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Das Kabel 2 ist mit dem Sensor 1 an einem Ende des Kabels 2 verbunden. Außerdem ist das Kabel 2 mit dem Übertragungs-Verbindungsstecker 6 an dem anderen Ende davon verbunden, das verschieden zu dem Ende ist, das in dem Kabel 2 mit dem Sensor 1 verbunden ist. Das Kabel 2 umfasst die Leitungen 5, die Leitung 15, die (zwei) Detektionsdrähte 11 und dergleichen. Die Leitung 5 ist beispielsweise ein Kabel, das mit der Stromquelle des Sensors 1 verbunden werden soll, eine Leitung zur Erdung des Sensors 1, ein Ausgangsdraht des Sensors 1 oder dergleichen. Der Detektionsdraht 11 ist aus Metall ausgebildet und mit der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 verbunden. Die Leitung 15 wird verwendet, um eine elektrische Signalausgabe von der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 an die CPU 13 zu übertragen.
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4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Querschnitt des Kabels 2 zeigt. Wie in 4 gezeigt, enthält das Kabel 2 den Detektionsdraht 11, eine Außenhülle 21, die Leitung 5, einen Vliesstoff 16 (ein Absorptionselement) und dergleichen. Ferner ist die Leitung 15 in der 4 weggelassen.
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Die Außenhülle 21 deckt das gesamte Kabel 2 ab und verhindert das Eindringen einer Flüssigkeit in das Kabel 2 von außen. Als Beispiel für ein Material, das die Außenhülle 21 ausbildet, kann ein Material mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit oder Ölbeständigkeit, wie beispielsweise Vinylchlorid, Urethan und Materialien auf Fluorbasis, angegeben werden.
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Der Vliesstoff 16 ist ein Absorptionselement (ein flüssigkeitsabsorbierender Körper), der eine Flüssigkeit aufnimmt und angeordnet ist, um einen Spalt zwischen dem Kabel 5 und dem Detektionsdraht 11 innerhalb des Kabels 2 zu füllen. Insbesondere ist der Vliesstoff angeordnet, um einen Spalt zwischen den Detektionsdrähten 11 zu füllen, und dieser ist auf dem Umfang des Detektionsdrahts 11 vorgesehen (zur Abdeckung des Detektionsdrahts 11). Anstelle von Vliesstoff 16 kann beispielsweise ein wasserabsorbierendes Papier oder ein wasserabsorbierender Kunstharz verwendet werden, des bzw. der eine hohe Absorptionseigenschaft aufweist.
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Wenn eine Flüssigkeit dringt in das Kabel 2 eindringt, absorbiert der Vliesstoff 16 die eindringende Flüssigkeit. Aus diesem Grund ändert sich der Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 als Reaktion auf die Größe (Menge) der Flüssigkeit, die von dem Vliesstoff 16 aufgesogen bzw. absorbiert wird. Das heißt, dass die Flüssigkeit, die in das Kabel 2 eindringt, durch einen Aufbau in einen Raum zwischen den Detektionsdrähten 11 geführt bzw. abgeleitet werden kann, der von dem Vliesstoff 16 gefüllt ist.
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Beispielsweise besteht bei einem Aufbau, bei dem Elektroden auf einer Elektronikplatine innerhalb des Sensors ausgebildet sind und ein Widerstandswert zwischen den Elektroden detektiert wird, das Risiko, dass der Sensor ausfällt, wenn ein Aufbau vorliegt, bei dem eine Flüssigkeit zwischen die Elektroden geführt wird.
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Entsprechend dem Aufbau, bei dem die Detektionsdrähte 11 innerhalb des Kabels angeordnet sind, besteht nicht die Gefahr eines Ausfalls des Sensors 1, selbst wenn der Aufbau vorliegt, bei dem eine Flüssigkeit zwischen die Detektionsdrähte 11 geführt wird.
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Wie in der 4 gezeigt, umfasst die Leitung 5 des Weiteren einen Ausgangsdraht 52, der einen Ausgangswert des Sensors 1 ausgibt, sowie eine Innenhülle 51, die den gesamten Ausgangsdraht 52 abdeckt bzw. umhüllt. Die Innenhülle verhindert das Eindringen einer Flüssigkeit in das Kabel 5 von außen. Als Beispiel für ein Material, das die Innenhülle 51 bildet, kann ein Material mit ausgezeichneter Wasserbeständigkeit oder Ölbeständigkeit, wie beispielsweise Vinylchlorid, Urethan und Materialien auf Fluorbasis, angegeben werden.
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Die Detektionsdrähte 11 sind zwischen der Außenhülle 21 und der Innenhülle 51 angeordnet. Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 das Eindringen einer Flüssigkeit in den Außenmantel 21 detektieren.
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(Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit)
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Wie in 2A gezeigt, umfasst die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit die Mehrzahl von Detektionsdrähten 11, die innerhalb des Kabels 2 angeordnet sind, um einen Ausgangswert von einem Sensor auszugeben, der eine einzelne physikalische Größe misst, die Eindringen - Erfassungsschaltung 12, die einen Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 detektiert, und die CPU 13 sowie die Übertragungseinheit 14, die ein Widerstandswert - Detektionsergebnis an die externe Vorrichtung 9 in Antwort auf das Widerstandswert - Detektionsergebnis überträgt.
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(Eindringen von Flüssigkeit in den Sensor 1)
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Die 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Verbindungsbereich R zwischen dem Kabel 2 und dem Sensor 1, der in 2A gezeigt ist. Dabei wird anhand der 2B ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Flüssigkeit in den Sensor 1 eindringt. Wie in 2B gezeigt, ist das Kabel 5 innerhalb des Sensors 1 nicht von der Außenhülle 21 umgeben und mit der Übertragungseinheit 14 des Sensors 1 in einem aufladenden Kunstharz 8 verbunden. Ein ringförmiger Kunstharz-Abschnitt 7, der durch Polybutyleneterephthalat (PBT) spritzgegossen bzw. ausgebildet ist, ist so angeordnet, dass ein Querschnitt des Außenmantels 21 und eine Basis des freiliegenden Abschnitts des Kabels 5 abgedeckt sind. Der ringförmige Kunstharz-Abschnitt 7 verhindert das Eindringen einer Flüssigkeit in den Sensor 1 entlang der Außenhülle 21 und dem Kabel 5. Ein Pfeil, der in 2B gezeigt ist, bezeichnet einen Flüssigkeitseindringpfad in Richtung des Sensors 1.
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Wenn ein Material mit einer hohen chemischen Beständigkeit, beispielsweise ein fluorbasiertes Material, für die Außenhülle 21 und die Innenhülle 51 verwendet wird, nimmt eine Haftverbindungsstärke der Teile des Verbindungsabschnitts des Sensors 1 mit dem Außenmantel 21 und der Innenhülle 51 ab. Aus diesem Grund dringt eine Flüssigkeit über einen Spalt ein, der durch Verschlechterung der Haftfestigkeit vor der Verschlechterung der Außenhülle 21 und der Innenhülle 51 ausgebildet wurde.
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Des Weiteren dringt in einer Umgebung, in der ein hoch-permeables, wasserlösliches Kühlmittelöl, Chemikalien oder dergleichen auf dem Sensor 1 umher spritzt, eine Flüssigkeit allmählich über einen Spalt zwischen dem ringförmigen Kunstharzabschnitt 7 und dem Kabel 2 und dem Draht 5 ein. Im Allgemeinen ist der Sensor 1 in der Nähe eines Messzieles angeordnet. Aus diesem Grund wird eine Installationsumgebung des Sensors 1 zu einer Umgebung, in der eine Flüssigkeit umher spritzt. Deshalb ist ein Installationsumgebung des Übertragungs-Verbindungssteckers 6 stabiler als die Installationsumgebung des Sensors 1. Deshalb dringt die Flüssigkeit mit höherer Wahrscheinlichkeit in den Verbindungsbereich zwischen dem Sensor 1 und dem Kabel 2 ein als im Vergleich in den Verbindungsbereich zwischen dem Übertragungs-Verbindungsstecker 6 und dem Kabel 2.
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Gemäß dem Aufbau der Ausführungsform ist es möglich, den Anwender über das Detektionsergebniss in Antwort auf den Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 zu informieren. Somit kann der Anwender erkennen, ob die Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt.
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Was das Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor 1 anbelangt, so dringt die Flüssigkeit in vielen Fällen zunächst in das Kabel und erst dann in den Sensor 1 ein. Aus diesem Grund kann der Anwender in Zukunft das mögliche Eindringen von Flüssigkeit in den Sensor 1 und einen Ausfall des Sensors erkennen, indem im Voraus geprüft wird, ob die Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt.
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Im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem Elektroden, die auf einer Elektronikplatine im Innern des Sensors 1 ausgebildet sind und ein Widerstandswert zwischen den Elektroden detektiert wird, ist es beispielsweise möglich, für den Anwender einen ausreichend langen Zeitraum bereitzustellen, damit dieser Maßnahmen gegen den Ausfall des Sensors 1 ergreifen kann, bevor die Flüssigkeit in den Sensor 1 eindringt und der Sensor ausfällt. Aus diesem Grund kann der Anwender den Sensor, bei dem die Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt, als Zielsensor für einen Austausch erkennen. Dann kann der Benutzer einen Wartungsplan für des Austausch des Sensors und den Stopp einer Fertigungslinie mit dem Sensor aus Wartungsgründen erstellen. Somit kann der Anwender einen plötzlichen Stopp der Fertigungslinie aufgrund eines Fehlers bzw. Ausfalls des Sensors, verursacht durch das Eindringen der Flüssigkeit, vermeiden.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 innerhalb des Übertragungs-Verbindungssteckers 6 angeordnet. Das heißt, die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 ist mit dem Detektionsdraht 11 an dem Ende des Kabel 2, entgegengesetzt zu dem Ende des Kabels 2 mit dem Sensor 1, verbunden.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind der Detektionsdraht 11 und die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 an demjenigen Ende des Kabels, das der Verbindungsseite zwischen dem Sensor und dem Kabel gegenüberliegt, miteinander verbunden. Aus diesem Grund, es ist möglich, das Eindringen der Flüssigkeit in den Sensor entlang des Detektionsdrahts 11 zu verhindern, und zwar im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 innerhalb des Sensors angeordnet ist.
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Ferner kann die Flüssigkeit in den Verbindungsbereich zwischen dem Kabel 2 und dem Übertragungs-Verbindungsstecker 6 eindringen, wenn eine Umgebung, in der Flüssigkeit umher spritzt, die gleiche Umgebung ist wie zwischen der Einbauposition des Sensors 1 und der Einbauposition des Übertragungs-Verbindungssteckers 6. Aus diesem Grunde kann eine Länge des Kabels 2 so eingestellt werden, dass die bessere Umgebung, in der Flüssigkeit umher spritzt, sich an der Einbauposition des Übertragungs-Verbindungssteckers 6 befindet (um die Einbauposition des Übertragungs-Verbindungsstecker 6 von der Einbauposition des Sensors 1 zu trennen).
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Zusätzlich kann die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 mit dem Detektionsdraht 11 an dem Ende des Kabels 2, das mit dem Sensor 1 verbunden ist, verbunden sein.
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(Grundsätzlicher Aufbau und Prozessablauf der Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit)
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1 ist ein Blockdiagramm, das den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit zeigt. Wie in der 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit den Detektionsdraht 11, die Eindringen - Erfassungsschaltung 12, die CPU 13 und die Übertragungseinheit 14. Die CPU 13 umfasst eine Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit. Weil der Detektionsdraht 11, die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 und die Übertragungseinheit 14 vorstehend ausführlich beschrieben worden sind, wird deren Beschreibung nachfolgend weggelassen.
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses der Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit zeigt. Ein detaillierter Prozess der Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit der CPU 13 wird anhand der 5 beschrieben. Wie in 5 gezeigt, erfasst die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 einen Widerstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 (S1) und überträgt einen Ausgangsspannungswert an die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit.
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6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen dem Ausgangsspannungswert (dem Ausgabewert) der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 und einem Isolationswiderstandswert zwischen den Detektionsdrähten 11 zeigt. Wie in der 6 gezeigt, verringert sich der Isolationswiderstandswert und erhöht sich der Ausgangsspannungswert der Eindringen - Erfassungsschaltung 12, wenn eine Flüssigkeit in das Kabel 2 eindringt.
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Die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit empfängt den AusgangsSpannungswert und berechnet die Größe der Änderung des Ausgangsspannungswerts der Eindringen - Erfassungsschaltung 12 für den Fall, dass ein Eindringen einer Flüssigkeit nicht erkannt wird. Die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit bestimmt, ob die Größe der Änderung des Ausgangsspannungswertes größer als eine vorgegebene Bestimmungsreferenz (ein Schwellenwert) ist (S2).
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Wenn die Größe der Änderung des Ausgangsspannungswertes größer als der Schwellenwert ist (JA in S2), überträgt die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit ein Signal, dass einen Ausfall bzw. Fehler des Sensors 1 vorhersagt (das ein Fehler-Vorhersageergebnis anzeigt), mittels der Übertragungseinheit 14 an die externe Vorrichtung 9 (S3) und beendet den Prozess. Wenn die Größe der Änderung des Ausgangsspannungswert kleiner oder gleich dem Schwellwert ist (NEIN in S2), endet der Prozess.
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Das heißt, dass die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit eine Maßgröße für das Eindringen einer Flüssigkeit in das Kabel 2 als Betrag der Verschlechterung des Sensors 1 festlegt und einen Ausfall bzw. Fehler des Sensors 1 vorhersagt.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann ein Anwender aufgrund der Meldung des Fehlers bzw. Ausfalls einen Fehler bzw. Ausfall des Sensors 1 erkennen, bevor der Sensor 1 tatsächlich ausfällt.
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Zusätzlich wurde für die Ausführungsform ein Beispiel für einen Aufbau beschrieben, bei dem die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit ein Fehler-Vorhersageergebnis des Sensors 1 an die externe Vorrichtung 9 überträgt. Dabei kann die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit den nachfolgenden Aufbau haben. Beispielsweise überträgt die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit einen Ausgangsspannungswert der Eindringen - Erfassungsschaltung 12, einen Isolations-Widerstandswert, der durch die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 detektiert wurde, und einen quantitativen numerischen Wert, der eine Maßgröße für das Eindringen einer Flüssigkeit in das Kabel 2 anzeigt, an die externe Vorrichtung 9. Die externe Vorrichtung 9 prognostiziert einen Ausfall des Sensors 1 aus den Werten (dem Ausgangsspannungswert der Eindringen - Erfassungsschaltung 12, dem Wert des Isolationswiderstands, der durch die Eindringen - Erfassungsschaltung 12 detektiert wurde, und dem quantitativen numerischen Wert, der eine Maßgröße für das Eindringen der Flüssigkeit in das Kabel 2 anzeigt), die von der Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit erhalten werden.
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(Anwendung von Software)
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Ein Steuerblock (insbesondere die Einheit 131 zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit) der Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit kann durch eine logische Schaltung (Hardware) realisiert werden, die auf einer integrierten Schaltung ( einem IC - Chip) oder dergleichen ausgebildet ist, oder kann durch Software unter Verwendung einer CPU (zentralen Prozessoreinheit) realisiert werden.
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Im letztgenannten Fall umfasst die Vorrichtung 10 zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit eine CPU, die einen Befehl eines Programms entsprechend einer Software, welche die Funktion ausführt, eines ROMs (Read Only Memory) oder einer Speichereinrichtung (auch als „Speichermedium bezeichnet“), ausführt, die das Programm und verschiedene Teile von Daten speichert, die von einem Computer (oder einer CPU), einen RAM (Random Access Memory), der das Programm entwickelt, und dergleichen ausgelesen werden kann. Dann, wenn der Computer (oder die CPU) das Programm aus dem Speichermedium ausliest und das Programm ausführt, wird ein Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht. Als Speichermedium kann ein „nicht-flüchtiges greifbares Medium“, beispielsweise ein Band, eine Disk, eine Karte, ein Halbleiterspeicher, eine programmierbare Logikschaltung oder dergleichen verwendet werden. Fenner kann das Programm über ein Übertragungsmedium (ein Datenübertragungsnetzwerk, ein Funksignal oder dergleichen), welches das Programm überträgt, an den Computer übertragen werden. Außerdem kann eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung auch in Form eines Datensignals realisiert werden, welches in eine Trägerwelle eingebettet ist und bei dem das Programm durch elektronische Übertragung verkörpert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 2
- Kabel
- 9
- externe Vorrichtung
- 10
- Vorrichtung zum Erkennen des Eindringens von Flüssigkeit
- 11
- Detektionsdrähte (Metalldrähte)
- 12
- Eindringen - Erfassungsschaltung (Widerstandswerterfassungseinheit)
- 14
- Übertragungseinheit
- 16
- nichtgewebtes Gewebe (Absorptionselement)
- 21
- Außenmantel
- 51
- Innenmantel
- 52
- Ausgabedraht
- 131
- Einheit zum Bestimmen des Eindringens von Flüssigkeit (Übertragungseinheit)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014172273 [0002]
- JP 6443935 [0005, 0007]
